核素标记化合物-检验核医学

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1、 放 射 性 核 素 标 记 化 合 物核医学教研室 第 一 节 概 述一 、 放 射 性 核 素 标 记 化 合 物 定 义二 、 放 射 性 核 素 的 来 源三 、 常 用 概 念 一、放射性核素标记化合物标 记 化 合 物 (labeled compound)凡 是 分 子 中 某 一 原 子 或 多 个 原 子 或 其 化 学 基团 被 其 易 辨 识 的 同 位 素 或 其 他 易 辨 识 的 放 射 性核 素 所 取 代 ， 而 成 为 一 类 易 被 识 别 的 化 合 物 ，则 称 之 为 标 记 化 合 物 。 被 放 射 性 核 素 取 代 的 化合 物 称 为 放 射

2、性 核 素 标 记 化 合 物 。 这 种 取 代 过程 称 为 标 记 （ label） 二、放射性核素的来源1.反 应 堆 生 产 放 射 性 核 素2.加 速 器 生 产 放 射 性 核 素3.从 放 射 性 核 素 发 生 器 得 到 1、 反 应 堆 原 理 反 应 堆 2、 加 速 器 原 理 3、 放 射 性 核 素 发 生 器是 一 种 能 从 较 长 半 衰 期 的 放射 性 母 体 核 素 中 分 离 出 由 它衰 变 而 产 生 的 较 短 半 衰 期 的放 射 性 子 体 核 素 的 装 置 。 放射性核素发生器 示意图 三 、 几 个 基 本 概 念一 、 放 射 性

3、 浓 度 、 放 射 性 纯 度 、 放 射 化 学 纯 度 和 放 射 性 比 活 度 、二 、 同 位 素 标 记 与 非 同 位 素 标 记三 、 定 位 标 记 与 非 定 位 标 记 一、放射性浓度、放射化学纯度和放射性比活度 1、 放 射 性 浓 度放 射 性 浓 度 （ radioactive concentration） :指 单 位 体 积 的 溶 液 中 含 有 的 放 射 性活 度 ， 单 位 ： Bq/L或 Bq/ml。放 射 性 浓 度 = 标 记 化 合 物 的 放 射 性 活 度标 记 化 合 物 溶 液 的 体 积 2、 放 射 化 学 纯 度放 射 化 学 纯

4、 度 (radiochemicalpurity， RCP） ： 在 一 种 放 射 性 核 素 产 品 中 ,以 某 种特 定 化 学 形 态 存 在 的 这 种 放 射 性 核 素的 百 分 含 量 。 %100 总 放 射 性 活 度此 核 素 各 种 化 学 形 态 的 的 放 射 性 活 度某 一 核 素 特 定 化 学 形 态放 射 化 学 纯 度 3、 放 射 性 比 活 度放 射 性 比 活 度 a（ specific activity） ： 定 义 ：单 位 质 量 所 含 的 放 射 性 活 度 。单 位 ： Bq/g、 Bq/mg、 Bq/mol、Bq/mmol等 mm A

5、a A 二、同位素标记与非同位素标记化 合 物 中 的 原 子 被 其 同 位 素 原 子 取 代 ， 称 为 同位 素 标 记 （ isotopic labelling） ， 由 于 标 记 化 合物 的 化 学 、 物 理 、 生 物 学 性 质 不 会 引 起 显 著 差异 ， 亦 称 理 想 标 记 ， 如 13N-NH3， 15O-H2O用 化 合 物 组 成 以 外 的 原 子 标 记 ， 称 非 同 位 素 标记 (nonisotopic labelling)， 又 称 非 理 想 标 记 ，如 131I-AFP（ 甲 胎 蛋 白 ） ， 99Tcm DTPA 三、定位标记与非定

6、位标记定 位 标 记 （ specific labeling） ： 分 子 中 的 标 记 原子 限 定 在 指 定 的 位 置 上 ， 用 “ S”表 示 。 如 ： S-5-T-尿 嘧 啶 ， 其 中 95%以 上 3H标 记 在 尿 嘧 啶 分 子 的第 五 位 碳 原 子 的 C-H键 上 。非 定 位 标 记 （ non-specific labeling） ： 标 记 原 子的 结 合 部 位 无 法 确 定 ， 称 之 为 非 定 位 标 记 。双 标 记 （ double labelling)： 在 化 合 物 不 同 部 位引 入 两 种 不 同 示 踪 核 素 称 之 为

7、双 标 记 ， 该 化 合 物称 为 双 标 记 化 合 物 。均 匀 标 记 、 全 标 记 第 二 节 放 射 性 核 素 标 记 化 合 物 的 制 备放 射 性 核 素 标 记 化 合 物 的 制 备 方 法二 、 14C、 3H、 32P、 35S、 99mTc等 标 记 化 合 物 的 制 备三 、 放 射 性 碘 标 记 化 合 物 的 制 备四 、 99mTC标 记 化 合 物 的 制 备 一 、 放 射 性 核 素 标 记 化合 物 的 制 备 方 法 二 、 14C、 3H、 32P、 35S等 标 记化 合 物 的 制 备略 三 、 放 射 性 碘 标 记 化 合 物 的

8、 制 备（ 一 ） 、 同 位 素 交 换 法 （ 略 ）（ 二 ） 、 蛋 白 质 、 多 肽 的 碘 标 记（ 三 ） 、 核 酸 的 碘 标 记 （ 简 ） 蛋 白 质 、 多 肽 的 碘 标 记一 、 常 见 的 标 记 方 法（ 一 ） 蛋 白 质 、 多 肽 碘 标 记 的 原 则 ： 1、 待 标 记 物 要 有 可 被 碘 原 子 结 合 的 基 团 。 2、 要 将 Na*I中 的 *I-离 子 氧 化 成 *I0或 *I+OH *ICH2CHCOOH NH2酪 氨 酸 NHN *I CH2CHCOOH NH2组 氨 酸 NH CH2CHCOOH NH2*I色 氨 酸*I 1

9、、 直 接 标 记 法 （ 1） 氯 胺 -T法 （ 2） 乳 过 氧 化 物 酶 法 （ 3） Iodogen法2、 间 接 标 记 法 蛋 白 质 、 多 肽 的 碘 标 记（ 二 ） 常 用 的 标 记 方 法 1、 直 接 标 记 法 蛋 白 质 、 多 肽 的 碘 标 记 n A、 方 法 学 原 理 ：n 氯 胺 -T（ Chloramine T,Ch-T） 化 学 名 称 ： N-氯 代 对 甲 苯 磺 酰 胺 钠 盐 ， 是 一 种 温 和 的 氧 化 剂 ，在 水 中 形 成 次 氯 酸 ， 将 阴 离 子 的 I-氧 化 为 分 子 态的 I0或 I+， 在 弱 碱 性 （

10、 pH7.5） 的 环 境 里 能 与 蛋 白质 或 多 肽 的 酪 氨 酸 残 基 苯 环 上 的 H+发 生 置 换 反 应 ，制 得 碘 标 记 物 。 蛋 白 质 、 多 肽 的 碘 标 记 （ 1） 氨 胺 -T法 (Ch-T) B、 Ch-T标 记 实 例 （ 放 射 性 AFP的 制 备 ）5、 向 管 中 加 入 新 鲜 配 制 的 偏 重 亚 硫 酸 钠 （ Na 2S2O5） 水 溶 液 20ul20ug） ， 充 分 混 匀 ， 中 止 反 应2、 再 向 管 中 加 入 50mmol/L的 PB（ pH7.5） 25ul,3、 向 管 中 加 入 无 载 体 Na125

11、I溶 液 37MBq（ 2ul）4、 向 管 中 加 入 用 PB新 鲜 配 制 的 氯 胺 -T 10ug （ 10ul） ,立 即 充 分 混 匀 ， 室 温 反 应 60秒 左 右1、 向 1.5ml锥 形 离 心 管 中 加 入 含 AFP（ 5ug） 的 50mmol/L的 PB（ 磷 酸 盐 缓 冲 液 ） 5ul6、 加 入 KI 100ug标 记 物 立 即 进 行 分 离 纯 化 ， 并进 行 薄 板 层 析 ， 计 算 碘 标 记 率 、 125I-AFP的 比 活度 、 放 射 化 学 纯 度 . 蛋 白 质 、 多 肽 的 碘 标 记 蛋 白 质 、 多 肽 的 碘 标

12、 记 C、 Ch-T标 记 注 意 事 项1、 氧 化 剂 与 还 原 剂 Ch-T和 Na2S2O5遇 水 、 空 气 、 阳 光 都 不 稳 定 ， 应 新 鲜配 制 ， 1小 时 内 应 用 。 Ch-T用 量 应 适 当 ， 过 多 易 损 伤标 记 物 的 生 物 活 性 ， 过 少 则 标 记 率 降 低 或 标 不 上 ， 理 论上 37mBq的 *I仅 需 0.08ug， 实 际 用 量 比 理 论 高 ， 一般 通 过 预 实 验 确 定 。 Na2S2O5用 于 还 原 Ch-T以 终 止碘 化 反 应 ， 用 量 往 往 是 Ch-T的 1.5-2倍 。2、 反 应 体

13、系 的 pH 一 般 最 佳 pH在 7-8之 间 ， 过 低 过 高 均 影 响 标 记 率 。 为保 证 反 应 体 系 足 够 的 缓 冲 容 量 ， 常 用 50 500 mmol/L的 PB。3、 反 应 体 积 待 标 记 物 和 *I的 化 学 量 极 少 ， 反 应 体 积 不 宜 过 大 ， 过大 使 反 应 物 浓 度 变 小 ， 影 响 标 记 率 ， 一 般 体 积 在 50-500ul。4、 温 度 与 反 应 时 间 室 温 下 ， 反 应 时 间 控 制 在 1分 钟 左 右 。 过 短 ， 标 记 率 低 ；过 长 ， 虽 然 标 记 率 高 ， 但 易 损 伤

14、 标 记 物 生 物 活 性 。 温 度降 低 可 适 当 延 长 反 应 时 间 。5、 放 射 性 * I的 选 择 应 选 择 新 鲜 、 比 活 度 高 、 无 还 原 剂 的 *I， 放 射 性 浓 度 在1.85-37GBq/ml为 宜 。 D Ch-T应 用 范 围 与 特 点 应 用 范 围适 用 于 分 子 中 含 酪 氨 酸 、 组 氨 酸 或 色氨 酸 残 基 的 蛋 白 质 和 多 肽 的 碘 标 记 。 特 点方 法 简 便 、 标 记 率 高 、 重 复 性 好 、 不 受 标记 分 子 的 空 间 因 素 影 响 ， 试 剂 易 得 ， 是 经典 的 蛋 白 质

15、碘 标 记 方 法 ， 应 用 最 为 广 泛 。蛋 白 质 、 多 肽 的 碘 标 记 （ 2） 乳 过 氧 化 物 酶 法 （ Lactoperoxidase， LPO）A 方 法 学 原 理以 LPO为 催 化 剂 和 微 量 H2O2作 用 ， 释 放 出 新生 态 氧 ， 从 而 将 离 子 碘 （ I-） 氧 化 成 单 质 碘（ I0） ， 由 此 标 记 在 蛋 白 或 多 肽 中 酪 氨 酸 残 基 ，也 称 之 为 酶 促 标 记 。 蛋 白 质 、 多 肽 的 碘 标 记 （ 3） Iodogen法A Iodogen法 原 理Iodogen（ 1， 3， 4， 6-四 氯

16、 -3， 6 二 苯 基 甘 脲 ， 1， 3，4， 6-Tetrachloro-3， 6 diphenlglycoluril） ， 简 称 氯 苷脲 ， 是 一 氧 化 剂 ， 引 起 碘 化 反 应 的 机 制 与 Ch-T相 似 。 但 其不 溶 于 水 ， 可 溶 于 二 氯 甲 烷 、 三 氯 甲 烷 、 二 甲 亚 砜 等 有 机溶 剂 。 将 其 溶 于 有 机 溶 剂 ， 然 后 涂 到 反 应 管 内 壁 ， 加 入 配好 的 待 标 记 蛋 白 多 肽 和 *I后 ， 混 匀 即 可 进 行 标 记 ， 将 反 应液 取 出 或 稀 释 即 可 终 止 反 应 。 蛋 白

17、质 、 多 肽 的 碘 标 记 B Iodogen法 举 例 将 Iodogen用 二 氯 甲 烷 溶 解 ， 加 入 试 管 内 ， 用 N2吹 干 ， 使 管 壁 上 涂 上 一 层 Idogen薄 膜 。 向 管 中 加 入 50mmol/LPB20ul、 待 标 记 的 蛋白 质 或 多 肽 （ 10ul） 混 匀 。 加 入 37MBqNa*I（ 10ul） 混 匀 反 应 10-15分 钟 。 将 反 应 液 吸 出 ， 按 常 规 方 法 进 行 分 离 、 纯 化 。蛋 白 质 、 多 肽 的 碘 标 记 2、 间 接 标 记 法又 称 联 接 标 记 ， 用 于 标 记 分

18、子 上 不 含 酪 氨 酸 、 组 氨 酸或 色 氨 酸 残 基 ， 或 该 残 基 位 于 分 子 的 活 性 基 团 上 ， 直接 标 记 后 影 响 分 子 生 物 活 性 的 蛋 白 质 或 多 肽 。先 将 放 射 性 碘 标 记 在 一 个 较 为 活 泼 的 载 体 分 子 上 （ 如Bolton-Huntor试 剂 ） ， 然 后 再 将 这 个 小 分 子 蛋 白 质或 多 肽 结 合 ， 完 成 标 记 。 蛋 白 质 、 多 肽 的 碘 标 记 间 接 标 记 法 特 点避 免 了 蛋 白 质 和 氧 化 剂 直 接 接 触 ， 防 止 在 碘 标 记过 程 中 氧 化

19、剂 对 标 记 分 子 的 损 伤 ；需 经 二 步 标 记 ， 碘 的 利 用 率 及 标 记 率 均 很 低 ；标 记 时 需 引 入 一 个 较 大 的 联 接 剂 ， 对 小 分 子 的 肽类 的 生 物 活 性 有 影 响 ， 不 适 于 MW 10000的 小 肽 。蛋 白 质 、 多 肽 的 碘 标 记 （三）、核酸的碘标记核 酸 是 重 要 的 生 物 大 分 子 ， 其 放 射 性 碘 化 标 记 是将 放 射 性 碘 标 记 到 构 成 单 元 的 碱 基 上 ， 如 尿 嘧 啶和 胞 嘧 啶 的 嘧 啶 环 上 。 方 法 ： 先 将 DNA加 热 到70 ， 使 之 解

20、 析 成 单 股 的 DNA， 再 用 氧 化 剂 （ 三氯 化 铊 、 浓 HNO3） 将 离 子 碘 （ I-） 氧 化 成 单 质碘 ， 后 者 与 嘧 啶 环 上 的 第 五 位 碳 原 子 呈 共 价 键 结合 ， 从 而 达 到 标 记 DNA的 目 的 。 四 、 99mTc标 记 化 合 物 的 制 备略 第 三 节 、 放 射 标 记 化 合 物的 纯 化 、 质 量 鉴 定 、 辐 射自 分 解 和 贮 存 （一）纯化方法 1、 层 析 法（ 1） 纸 层 析（ 2） 柱 层 析 凝 胶 柱 层 析 离 子 交 换 层 析 亲 和 层 析 纸层析原理比 移 植 （ Rf）

21、=b/c 二、质量鉴定包 括 物 理 鉴 定 、 化 学 鉴 定 和 生 物 鉴 定 。物 理 鉴 定 ： 外 观 、 放 射 性 活 度 和 比 活 度 ，放 射 性 纯 度 等 ； 用 谱 仪 、 活 度 计 等化 学 鉴 定 ： 放 射 化 学 纯 度 ， 化 学 纯 度 、载 体 含 量 、 酸 度 等 ； 高 压 液 相 色 谱 、 纸层 析 、 分 光 光 度 计 等生 物 鉴 定 ： 细 菌 、 热 原 、 生 物 毒 性 和 生物 活 性 等 。 细 菌 培 养 、 鲎 试 验 、 家 兔 热原 试 验 、 动 物 实 验 等 三 、 辐 射 自 分 解1、 定 义2、 机 理

22、3、 方 式 辐 射 自 分 解 (autoradiolysis)： 由 于 放 射 性 核 素 电 离 辐 射 的 作 用 ，致 使 标 记 化 合 物 本 身 产 生 电 离 、 激 发或 化 学 键 断 裂 ， 或 者 作 用 于 相 邻 的 分子 ， 使 其 激 活 物 质 ， 例 如 产 生 自 由 基等 ， 这 种 现 象 称 为 辐 射 自 分 解 。1、 定 义 核 素 自 身 的 衰 变 和 射 线 能 量 在 标 记 化 合物 及 其 邻 近 分 子 上 的 转 移 所 导 致 分 子 内化 学 键 的 断 裂 ， 并 由 此 产 生 的 一 系 列 物质 化 学 形 态

23、和 性 质 的 改 变 。 这 种 能 量 的转 移 常 表 现 在 分 子 的 激 活 、 键 断 裂 和 自由 基 的 产 生 ， 并 能 增 加 有 机 化 合 物 的 氧化 、 水 解 和 岐 化 等 。2、 机 理 初 级 内 分 解 ： 指 标 记 核 素 本 身 的 衰 变 。初 级 外 分 解 ： 指 标 记 核 素 发 出 的 射 线 直 接 作 用 于 标 记 化合 物 分 子 ， 使 其 电 离 、 激 发 或 化 学 键 断 裂 。次 级 分 解 ： 射 线 首 先 作 用 于 标 记 化 合 物 邻 近 的 分 子 使 其激 活 物 质 或 自 由 基 ， 它 们 再

24、 使 标 记 化 合 物 分 解 。3、 辐 射 自 分 解 的 方 式 四 、 放 射 性 核 素 标 记 合 物 的 贮 存（一）、影响辐射自分解的因素（二）、控制辐射自分解的方法（三）、常用标记化合物的贮存 （一）影响辐射自分解的因素1、 与 标 记 化 合 物 吸 收 射 线 能 量 的 效 率 有 关2、 与 标 记 化 合 物 的 比 活 度 有 关3、 与 标 记 化 合 物 的 纯 度 有 关 （二）控制辐射自分解的方法1、 控 制 标 记 化 合 物 的 比 活 度 在 适 当 的 水 平2、 选 择 适 当 的 溶 剂 溶 剂 的 要 求 ： 1） 具 有 优 良 的 耐 辐 射 性 能 2） 能 够 溶 解 标 记 物 3） 应 经 蒸 馏 纯 化3、 加 入 自 由 基 清 除 剂4、 降 低 贮 存 温 度